Optimización de la localización de hidrantes multiusuario y trazado de redes de riego a presión mediante la utilización de SIG.

Abstract

[ES] Un aprovechamiento racional y ajustado de los recursos hídricos disponibles en el regadío implica la necesidad de disponer de infraestructuras que mediante conducciones a presión permitan llevar desde captación hasta la planta los volúmenes requeridos. Los sistemas de riego a presión, tanto a nivel colectivo como en parcela, permiten un alto control sobre el agua aplicada y garantizan una alta eficiencia de aplicación. La adopción de estos sistemas de riego ha llevado en los últimos 30 años a la construcción y puesta en marcha de numerosas redes colectivas de riego a presión. En el marco mediterráneo donde el modelo productivo se basa en una agricultura intensiva de parcelas de tamaño pequeño y medio (superficies medias no superiores a 0,5 ha), el sistema de distribución del agua desde la red a la parcela se realiza normalmente a través de hidrantes denominados multiusuario.

La localización y capacidad hidráulica de estos elementos es un tema poco estudiado hasta la fecha. Tradicionalmente su localización y definición de los elementos que lo componen ha corrido a cargo de la propia experiencia en estos campos de los ingenieros, desconociendo en muchos casos como afectan estos parámetros al funcionamiento final de la instalación y a los costes que supone dicha inversión. Esta Tesis aborda el estudio de estos aspectos con el objetivo de obtener una metodología de cálculo basada en la utilización de los SIG que optimice tanto la ubicación de los hidrantes como el trazado de conducciones entre los mismos desde el punto de alimentación.

Como punto de partida, se definió la capacidad hidráulica de los mismos en cuanto a caudal y número de tomas que pueden abastecer, dando unas recomendaciones basadas en estudios hidráulicos de las características finales que deben tener los mismos en cada caso y de las tomas individuales a parcela. Seguidamente, se abordó la problemática de la localización, relacionada directamente con el anterior punto. En este caso, mediante la utilización de distintas herramientas de geoprocesos que ofrecen los softwares basados en SIG, se obtuvieron las localizaciones que minimizan tanto los costes energéticos como los de inversión.

Finalmente, obtenida la ubicación, se estableció el trazado de las conducciones desde la toma hasta cada uno de los hidrantes. En este caso, los criterios a tener en cuenta fueron función del tipo de vía por el que se pretenden trazar (camino rural, carretera, cauce, etc) llevándose a cabo mediante la elaboración de un mapa ráster de resistencias donde la solución óptima fue aquella que menos resistencia acumulada ofrecía. Para su elaboración se requirió del apoyo de metodologías de análisis Multicriterio como AHP.

Toda la metodología de trabajo fue aplicada sobre doce casos de estudio reales y se comparará con el diseño de ingenieros proyectistas especialistas en el campo de la modernización de regadíos.

Los resultados obtenidos mediante el uso de la metodología planteada arrojaron unos ahorros en los costes totales de hasta el 15 % respecto al dimensionado externo. En todos ellos se obtuvo la misma tendencia, pese a obtener mayor número de hidrantes multiusuario, se redujeron los costes totales de instalación de la red.

Como conclusión puede decirse que la metodología aportada redujo considerablemente los costes y planteó unos criterios objetivos a la hora del diseño y dimensionado de las redes. De este modo se redujo la subjetividad aportada por el proyectista.

[CAT] Un aprofitament racional i ajustat dels recursos hídrics disponibles en el regadiu implica la necessitat de disposar d'infraestructures que mitjançant conduccions a pressió permeten portar des de captació fins a la planta els volums requerits. Els sistemes de reg a pressió, tant a nivell col·lectiu com en parcel·la, permeten un alt control sobre l'aigua aplicada i garanteixen una alta eficiència d'aplicació. L'adopció d'aquests sistemes de reg ha portat en els últims 30 anys la construcció i posada en marxa de nombroses xarxes col·lectives de reg a pressió. En el marc mediterrani on el model productiu es basa en una agricultura intensiva de parcel·les de grandària petita i mitjana (superfícies mitjanes no superiors a 0,5 ha), el sistema de distribució de l'aigua des de la xarxa a la parcel·la es realitza normalment a través d'hidrants denominats multiusuari.

La localització i capacitat hidràulica d'aquests elements és un tema poc estudiat fins hui. Tradicionalment la seua localització i definició dels elements que ho componen ha sigut a càrrec de la pròpia experiència en aquests camps dels enginyers, desconeixent en molts casos com afecten aquests paràmetres al funcionament final de la instal·lació i als costos que suposa aquesta inversió. Aquesta Tesi aborda l'estudi d'aquests aspectes amb l'objectiu d'obtindre una metodologia de càlcul basada en la utilització dels SIG que optimitze tant la ubicació dels hidrants com el traçat de conduccions entre els mateixos des del punt d'alimentació.

Com a punt de partida, es va definir la capacitat hidràulica dels mateixos quant a cabal i nombre de tomes que poden proveir, donant unes recomanacions basades en estudis hidràulics de les característiques finals que han de tindre els mateixos en cada cas i de les preses individuals a parcel·la. Seguidament, es va abordar la problemàtica de la localització, relacionada directament amb l'anterior punt. En aquest cas, mitjançant la utilització de diferents eines de geoprocesos que ofereixen els softwares basats en SIG, es van obtindre les localitzacions que minimitzen tant els costos energètics com els d'inversió.

Finalment, obtinguda la ubicació, es va establir el traçat de les conduccions des de la presa fins cadascun dels hidrants. En aquest cas, els criteris a tindre en compte van ser funció del tipus de via pel qual es pretenen traçar (camí rural, carretera, llit, etc) duent-se a terme mitjançant l'elaboració d'un mapa ráster de resistències on la solució òptima va ser aquella que menys resistència acumulada oferia. Per a la seua elaboració es va requerir del suport de metodologies d'anàlisi Multicriteri com AHP.

Tota la metodologia de treball va ser aplicada sobre dotze casos d'estudi reals i va comparar amb el disseny d'enginyers projectistes especialistes en el camp de la modernització de regadius.

Els resultats obtinguts mitjançant l'ús de la metodologia plantejada van llançar uns estalvis en els costos totals de fins al 15% respecte al dimensionament extern. En tots ells es va obtindre la mateixa tendència, malgrat obtindre major nombre d'hidrants multiusuari, es van reduir els costos totals d'instal·lació de la xarxa. Com a conclusió pot dir-se que la metodologia aportada va reduir considerablement els costos i va plantejar uns criteris objectius a l'hora del disseny i dimensionament de les xarxes. D'aquesta manera es va reduir la subjectivitat aportada pel projectista.

[EN] Rational and adjusted use of the water resources available in irrigation implies the need to have infrastructures that, by means of pressure pipes, can carry out the required volumes from the catchment to the plant. Pressurized irrigation systems, both at the collective level and on the plot, allow high control over the water applied and guarantee high application efficiency. The adoption of these irrigation systems has led in the last 30 years to the construction and start-up of numerous collective pressurized irrigation networks. In the Mediterranean framework, where the production model is based on intensive agriculture of small and medium-sized plots (average surfaces not exceeding 0.5 ha), the water distribution system from the network to the plot is normally carried out through of -called multi-user hydrants.

The location and hydraulic capacity of these elements is a subject little studied to date. Traditionally, its location and definition of the elements that compose it have been carried out by the engineers' own experience in these fields, in many cases unaware of how these parameters affect the final operation of the installation and the costs involved in said investment. This thesis deals with the study of these aspects to obtain a calculation methodology based on the use of GIS that optimizes both the location of the hydrants and the layout of the pipes between them from the point of supply.

As a starting point, their hydraulic capacity was defined in terms of flow rate and number of intakes they can supply, giving recommendations based on hydraulic studies of the final characteristics that they should have in each case and of the individual intakes on a plot. Next, the problem of location, directly related to the previous point, was addressed. In this case, by using different geoprocessing tools offered by GIS-based software, locations that minimize both energy and investment costs were obtained.

Finally, once the location was obtained, the layout of the pipes from the intake to each of the hydrants was established. In this case, the criteria to be taken into account were a function of the type of road along which it is intended to be traced (rural road, highway, riverbed, etc.) carried out by preparing a raster map of resistances where the optimal solution was that that offered less accumulated resistance. For its elaboration, the support of Multicriteria analysis methodologies such as AHP was required.

The entire work methodology was applied to twelve real case studies and will be compared with the design of specialist project engineers in the field of irrigation modernization.

The results obtained through the use of the proposed methodology showed savings in total costs of up to 15% compared to external dimensioning. The same trend was obtained in all of them, despite obtaining a greater number of multi-user hydrants, the total costs of installing the network were reduced.

In conclusion, it can be said that the methodology provided considerably reduced costs and proposed objective criteria when designing and sizing the networks. In this way, the subjectivity provided by the designer was reduced.